Transcript CO 2

2.1 Bahan Bakar Padat/Cair
C
+
1 mol
H2
1 mol
1 mol
CO2
1 mol
+ ½ O2
H2O
½ mol
1 mol
1 mol
S
O2
+
O2
SO2
1 mol
1 mol
Dengan memperhatikan suatu bahan bakar
yang mempunyai komposisi yang didefinisikan
oleh C, H, O, S, N
Menunjukan bahwa:
-
-
-
Pembakaran teoritis dari 1 mol C memerlukan 1
mol oksigen dan memberikan 1 mol CO2
Pembakaran teoritis dari 1 mol Hidrogen
memerlukan ½ mol O2 dan memberikan 1 mol
H2O
Pembakaran teoritis 1 mol S memerlukan 1 mol
O2 dan memberikan 1 mol SO2
Atau ada dalam 1 kg bahan bakar
C kg dari karbon :
c
k.mol
12
H kg dari hidrogen:
h
k .mol
2
S kg dari sulfur:
S
k .mol
32
Sehingga pembakaran 1 kg bahan bakar akan
O
C h S

Memerlukan   
 12 4 32 32

 k .m ol oksigen

yang mana mewakili suatu volume
 C h S O
3
VO2    
22
.
414
Nm

32 
 12 4
Tetapi setiap Nm3 oksigen setara dengan 4.76
Nm3 udara sehingga menghasilkan suatu
persamaan bahwa untuk membakar 1 kg bahan
bakar diperlukan udara:
 C h S O
3
Va    
22
.
414
x
4
.
76
Nm
/ kg

32 
 12 4
3
 8.89C  26.67h  3.33( S  O) Nm / kg
Contoh
Berapa volume udara yang diperlukan untuk
membakar karbon dan cairan dari destilasi “petrol
karbon”
Karbon
C
h
0.847 0.042
O
n
s
d
0.039
0.021
0.013
0.039
kg/kg
Residu
C
0.842
h
n
0.126 0.004
s
0.028 kg/kg
Untuk karbon
Va
(8.89 x 0.847) + (26.67 x 0.042) +
3.33 (0.013 - 0.039)
= 8.564 Nm3/kg
=
Untuk residu
Va = (8.89 x 0.842) + (26.67 x 0.126) +
(3.33 x 0.028)
= 10.940 Nm3/kg
Perhitungan Volume Asap yang Dihasilkan
Persamaan pembakaran menunjukkan
bahwa 1 kg bahan yang terbakar menghasilkan
gas-gas dengan menggunakan oksigen.
C
km ol  CO2
12
h
km ol  H 2O
2
n
km ol  N 2
28
S
km ol  SO2
32
Yang menunjukkan volume total
h
n
S 
C
3
 


22.414Nm
 12 2 28 32 
Tetapi dalam volume ini, perlu menambahkan
volume N2 yang ada dalam udara pembakaran
yang mempunyai kuantitas 3.76 x volume VO2
sehingga
 C h S O
3
  
 22.414 x 3.76Nm
32 
 12 4
Dengan demikian secara teoritis, pembakaran 1
kg dari bahan bakar akan menghasilkan volume
asap sebanyak:
Vf = 8.89 C + 32.27 h + 3.33 S + 0.8 n
- 2.63 O Nm3/kg
Yang mana terdiri dari:
C
x 22.414  1.867C Nm 3 CO2
12
h
x 22.414  11.207h Nm 3 H 2O
2
S
x 22.414  0.7 S Nm 3 SO2
12
n
Nm 3
x 22.414 0.79Va  (0.8n  0.79Va )
N2
28
kg
Nilai-nilai di atas menganggap bahwa relatif
pada bahan bakar kering
Jika bahan bakar ini mengacu pada proporsi air
w, akan perlu menambah pada volume total
asap suatu volume uap air sama dengan
w
3
x 22.414  1.245 w Nm / kg
18
Dengan menggunakan formula
Vf = 8.89 C + 32.27 h + 3.33 S + 0.8 n - 2.63 O
Nm3/kg
Pada dua bahan bakar sebelumnya, kita
mendapatkan:
-
Untuk karbon
Vf = (8.89 x 0.847) + (32.27 x 0.042) +
(3.33 x 0.013) + (0.8 x 0.021) – (2.63 x
0.039)
= 8.843 Nm3/kg
-
Untuk bahan hasil destilasi
Vf = (8.89 x 0.842) + (32.27 x 0.126) +
(3.33 x 0.028) + (0.8 x 0.004)
= 11.647 Nm3/kg
Catatan:
Kita menganggap pada umumnya dalam praktek
bahwa kita mempunyai asap pembakaran kering,
dengan mengandaikan bahwa asap air berada
keseluruhannya dalam keadaan mengembun.
Jadi pada suatu volume yang dapat diabaikan
dibandingkan dengan yang lain yang membentuk
gas.
Pembakaran hidrogen yang ada dalam
bahan bakar jadi hanya meninggalkan dalam
asap “azote” dari udara pembakarannya. Kita
harus, dalam hal ini, mengurangi Vf dengan
volume uap air yang mana hasil dari pembakaran
hidrogen, atau
h
3
x 22 .414  11 .207 h Nm / kg
2
sehingga ekspresi volume asap kering (dengan
demikian kita menuliskan Vs) yang dihasilkan
oleh 1 kg bahan bakar adalah:
Vs = 8.89 C + 21.07 h + 3.33 S + 0.8 n
- 2.63 O Nm3/kg
2.2 Bahan Bakar Gas
Di sini Va dan Vs akan diekspresikan dalam
Nm3/Nm3. Kita mempertimbangkan suatu bahan
bakar gas, yang mana komposisi dalam volume
didefinisikan oleh:
CO, h, CH4, ΣCmhP, CO2, O, n, W
Komponen-komponen yang dapat terbakar
adalah CO, H2, CH4 dan ΣCmhP yang mana
persamaan pembakaran masing-masing
adalah:
CO
+
1 vol
H2
+
1 vol
CH4
+
1 vol
ΣCmhP
2.45H2O
1 vol
½ O2
CO2
½ vol
1 vol
½ O2
H2O
½ vol
1 vol
2 O2
2 vol
+
3.67 O2
3.67 vol
CO2
+
1 vol
2 H2O
2 vol
2.45 CO2 +
2.45 vol
2.45 vol
Pengujian dari persamaan ini menunjukkan
bahwa:
- Pembakaran dari suatu volume sembarang V
dari CO memerlukan suatu volume V/2 oksigen
- Pembakaran dari suatu volume sembarang V
dari H2 memerlukan suatu volume V/2 oksigen
- Pembakaran dari suatu volume sembarang V
dari CH4 memerlukan suatu volume 2V oksigen
- Pembakaran dari suatu volume sembarang V
dari hidrokarbon ΣCmhP memerlukan suatu
volume 3.67 V oksigen.
Pembakaran 1 Nm3 dari gas akan memerlukan
suatu volume oksigen sama dengan:
Co h
  2CH 4  3.67  Cm hP
2 2
Nm
3
Tetapi sebagian oksigen yang diperlukan,
diketahui 0 Nm3/ Nm3, sudah berada dalam gas
yang dapat terbakar tersebut, sehingga volume
oksigen yang dibutuhkan oleh udara pembakaran
berkurang
3
Co h
Nm
VO2 
  2CH 4  3.67  Cm hP  O
3
2 2
Nm
Setiap Nm3 oksigen yang mana bersesuaian
dengan 4.76 Nm3 udara. Hal ini menyebabkan
bahwa volume total minimum udara yang
diperlukan untuk membakar 1 Nm3 gas adalah
Va = 4.76 VO2.
Untuk penentuan gas buang, kita akan
menyamakan perhitungan seperti pada bahan
bakar padat atau cair.
Gas buang atau asap terdiri:
- dari CO2 yang berasal dari bahan bakar sendiri
demikian juga dari pembakaran CO dan
hidrokarburan
- dari uap air yang berasal dari bahan bakar
sendiri demikian juga dari pembakaran
hidrogen bebas dan hidrokarburan
-
dari “azote” (N2) yang berasal dari bahan bakar
sendiri demikian juga dari pembakaran udara
Menurut persamaan-persamaan pembakaran
yang ada, kita mendapatkan dengan segera
- Untuk volume CO2
CO2 + CO + CH4 + 2,45 ΣCmhP Nm3/Nm3
-
Untuk volume uap air
W + h + 2CH4 + 2,45 ΣCmhP Nm3/Nm3
-
Untuk volume “azote”
n + 3.76 VO2 = n + 0.79 Va Nm3/Nm3
Jadi akhirnya kita akan mempunyai:
Vf = w + h + CO2 + CO + 3CH4 + 4.90 ΣCmhP
+ n + 0.79 Va
Seperti penggunaan dalam praktek, jika kita
mempertimbangkan asap buang kering, ekspresi
sebelumnya dari Vf dikurangi, setelah
pengurangan volume uap air
Vs = CO2 + CO + CH4 + 2.45 ΣCmhP + n
+ 0.79 Va
Contoh:
Menentukan volume udara dan volume asap
pembakaran dari suatu gas yang mempunyai
komposisi sebagai berikut:
CO = 0.080
CO2 = 0.032
H = 0.480
N = 0.050
CH4 = 0.275
O = 0.013
ΣCmhp= 0.03
W = 0.040
Penerapan formula sebelumnya: memberikan
VO2 = 0.80 + 0.480 + 2 x 0.275
2
2
+ 3.67 x 0.03 - 0.013
= 0.927 Nm3/Nm3
dimana
Va = 0.927 x 4.76 = 4.412 Nm3/Nm3
Vf = 0.04 + 0.480 + 0.032 + 0.080
+ (3 x 0.275) + (4.90 x 0.030) + 0.05
+ (0.79 x 4.412)
= 5.139 Nm3/Nm3
Atau jika kita menganggap gas buangnya kering
Vs = 0.032 + 0.080 + 0.275 + (2.45 x 0.030)
+ 0.05 + (0.79 x 4.412)
= 3.995 Nm3/Nm3
2.3 Formula Empiris
Dengan adanya formula empiris yang
memungkinkan untuk menentukan dengan cara
pendekatan untuk kemampuan panas dari suatu
bahan bakar yang mana komposisinya diketahui,
begitu juga sejumlah formula yang telah
ditetapkan dalam rangka menghitung volume
udara, Va dan asap, Vf (basah) dari pembakaran
teoritis, untuk suatu bahan bakar yang mana kita
mengetahui kemampuan panasnya.
Diantara formula-formula ini, kita menuliskan
sebagai berikut, yang diturunkan oleh Rosin dan
Fehling.
-
-
Untuk bahan bakar padat
Va = 101 x 10-5 Ipo + 0.5 Nm3/kg
Vf = 89 x 10-5 Ipo + 1.65 Nm3/kg
Untuk bahan bakar cair
Va = 85 x 10-5 Ipo + 2 Nm3/kg
Vf = 111 x 10-5 Ipo Nm3/kg
-
Untuk bahan bakar gas (miskin) Ipo < 3000
kcal/Nm3
Va = 87.5 x 10-5 Ipo Nm3/Nm3
Vf = 72.5 x 10-5 Ipo + I Nm3/Nm3
-
Untuk bahan bakar gas (kaya) (Ipo > 4000
kcal/Nm3)
Va = 109 x 10-5 Ipo – 0.25 Nm3/Nm3
Vf = 114 x 10-5 Ipo + 0.25 Nm3/Nm3
Dalam formula–formula ini Ipo mengacu kepada
kemampuan inferiur pada tekanan tetap dari
1 kg bahan bakar padat atau cair atau 1 Nm3
untuk bahan bakar gas.
Kita mengaplikasikan pada contoh terakhir maka
kita mendapatkan:
Va = 4.412 Nm3/Nm3
Vf = 5.139 Nm3/Nm3
Kemampuan panas dari gas ini dihitung menurut
komposisinya adalah Ipo = 4338 kcal/Nm3. Jika
kita memasukkan nilai ini pada formula yang
cocok, kita mendapatkan:
Va = 109 x 10-5 x 4338 – 0.25 = 4.478 Nm3/Nm3
Vf = 114 x 10-5 x 4338 + 0.25 = 5.195 Nm3/Nm3
Kecocokan antara dua pasang hasil adalah sangat
dekat untuk perhitungan sebelum proyek
dilakukan.
3. Pembakaran Riel
3.1 Kelebihan Udara : Kekurangan Udara
Sampai paragraf ini kita hanya membicarakan
proses pembakaran yang sifatnya teoritis atau
stoechiometric yang mana berlangsung benarbenar memenuhi persamaan reaksi dan hanya
memperhitungkan jumlah/kuantitas bahan
(bahan yang dapat terbakar) yang secara pasti
sama dengan jumlah yang bersesuaian pada
persamaan-persamaan tersebut
Dalam pembakaran nyata, perbandingan
Bahan yang dapat terbakar dan udara selalu
tidak sama dengan nilai-nilai yang ada dalam
stoechieometric, seperti komposisi asap hasil
pembakaran menjadi berbeda dengan asap
hasil pembakaran yang dihitung secara teoritis.
Suatu pembakaran riel dicirikan oleh
perbandingan volume udara yang secara efektif
digunakan Va’, untuk pembakaran suatu jumlah
yang ditentukan (1 kg atau 1 Nm3) dari bahan
bakar dengan volume udara yang diperlukan
pada pembakaran teoritis, pada bahan bakar
yang sama. Perbandingan ini λ = Va’ disebut
Va
Koefisien kelebihan udara (perbandingan udara)
Jika λ>1, kita mendapatkan pembakaran yang
kelebihan udara
λ<1, kita mendapatkan pembakaran yang
kekurangan udara
λ=1, kita mendapatkan pembakaran netral
Kita menyebut kelebihan udara dan kita
menuliskan pada umumnya oleh e
Va 'Va
e
x100 (diekspresikan dalam persen)
Va
Sehingga dapat diturunkan:
e
  1
100
atau e = 100 (λ-1)
dan dapat dilihat bahwa e positif atau negatif
bergantung λ di atas atau di bawah 1.
Jika e lebih besar dari nol
Jika e lebih besar dari nol, dan jika kita
mengandaikan pembakarannya lengkap, kita
akan menemukan kembali dalam asap gas
buang, udara yang tidak digunakan sedangkan
kandungan CO2 dalam gas buang akan lebih
rendah daripada pembakaran teoritis.
-
Sebenarnya, pembakaran tidak pernah
sempurna, karena walaupun ketelitian ditetapkan
dan peralatan yang disesuaikan untuk menjamin
suatu kontak yang intim antara bahan bakar dan
udara pembakar, selalu ada bagian bahan bakar
yang hilang pada pembakaran total, sehingga gas
buang selalu membawa sedikit CO yang berasal
dari pembakaran yang tidak lengkap dari karbon,
yang bersesuaian pada persamaan
C + ½ O2
CO
Dilain bagian, kita mengetahui bahwa pada
temperatur pembakaran yang tinggi CO2
terdisosiasi yang bersesuaian pada persamaan
CO2
CO + ½ O2
Dimana penyebab kedua keberadaan CO dalam
gas buang, walaupun pembakaran penuh dengan
Oksigen
Jika e lebih kecil dari nol
jika e lebih kecil dari nol, pembakaran tidak
dapat lengkap karena kita tidak menyediakan
jumlah udara yang cukup untuk membakar
secara total dari komponen-komponen bahan
bakar. Jadi sebagian dari komponen-komponen
ini didapatkan kembali dalam bentuk yang tidak
terbakar, apakah dalam bahan bakar itu sendiri
(dalam hal bahan bakar padat) atau dalam gas
buang dalam bentuk kabut atau gas yang masih
dapat terbakar lagi (CO, hidrokarburan).
-
Fraksi dari bahan bakar yang telah tidak terbakar
keseluruhannya, yang telah tidak menghasilkan
CO2, telah memberikan gas buang dimana kadar
CO2 adalah lebih kecil bila dibandingkan pada
hasil pembakaran teoritis.
Walaupun, kejadian pembakaran berlangsung
dengan ketidakbenaran jumlah oksigen, tidak
menghalangi keberadaan oksigen dalam gas
buang, oksigen ini berasal dari:
pertama, suatu fraksi udara pembakaran telah
dapat melewati ruang pembakaran tanpa
masuk dalam reaksi.
(sebagai contoh: ruang pembakaran terlalu
dingin atau pencampuran bahan bakar dan udara
tidak benar-benar direalisasi).
-
-
kedua: fraksi dari karbon yang telah terbakar
sebagian dan menghasilkan CO, hanya
menggunakan sebagian dari udara yang
dibutuhkan.
Secara definitif, pembakaran secara teori
nampak seperti pembakaran yang mampu
untuk menghasilkan proporsi CO2 yang paling
tinggi dalam gas buang.
Apa-apa yang mendahului ini memungkinkan
untuk melihat kembali kepentingan dasar dari
analisa gas buang untuk mengendalikan
pembakaran.
Analisa secara industri dari gas buang
prinsipnya adalah penentuan kandungan
CO2, SO2, O2 dan CO dan pada keadaan
praktek kita hanya menjumlahkan
kandungan CO2 dan SO2, kesalahan yang
ditimbulkan oleh penyederhanaan ini yang
mana dapat diabaikan.
-
Studi Tentang Pembakaran Riel
Suatu pembakaran riel yang mana dicirikan
oleh koefisien udara λ, tujuan penelitian dari
suatu pembakaran riel adalah penentuan nilai
Koefisien ini dari analisa gas buang. Kita
Mengandaikan tentu saja telah mengetahui
komposisi bahan bakar yang dituliskan dalam
keadaan murni dan kering dan
Konsekuensinya volume udara Va dan volume
gas buang kering Vs dari pembakaran secara
teoritis.
Penentuan λ dapat dilakukan dengan cara
perhitungan atau dengan bantuan diagram.
-
Penentuan λ (e) dengan perhitungan
Sebelumnya
kita
mempertimbangkan
pembakaran dengan kelebihan udara (λ>1)
dan diandaikan secara lengkap (tanpa adanya
CO dalam gas buang).
Volume udara yang digunakan untuk
membakar satuan jumlah dari bahan bakar (1 kg
atau 1 Nm3) menurut definisi dari λ, adalah sama
dengan
Va’ = λVa = (1+ e ) Va
100
Bila Vs’ adalah volume gas buang yang
dihasilkan, maka tentu saja volume ini akan
sama dengan volume teoritis Vs ditambah dengan
udara yang dibawa oleh kelebihan udara , karena
kita mengandaikan pembakaran lengkap sama
dengan
Va’ - Va = (λ-1) Va
Jadi kita mempunyai
Vs’ = Vs + (λ-1) Va
= Vs + e Va Nm3/kg
100
atau Nm3/Nm3
Penentuan e dapat dilakukan dengan
menggunakan kadar O2 atau kadar CO2 + SO2
dalam gas buang kering.
`
Jika kita menggunakan kadar O2, yang kita
nyatakan dengan O’, kadar oksigen ini
bersesuaian kadar udara yang mempunyai
ekspresi sebagai berikut:
a’ = 100 O’ = 4.76 O’
21
dan akan didapatkan:
a’= 100 Vs’ - Vs
Vs’
(35)
Penghilangan VS’ pada persamaan-persamaan di
atas membawa pada persamaan sebagai berikut:
e = 100 Vs Va
O’
21-O’
(36)
Pengetahuan komposisi bahan bakar
memungkinkan perhitungan Va dan Vs, analisa
gas buang menghasilkan O’ dimana e dengan
formula di atas dapat diketahui dan kemudian
λ =1+ e
100
jika kita menggunakan kadar CO2 + SO2,
yang kita akan menyatakan dengan CO2’
+ SO2’, kita akan mempunyai
persamaan:
CO2’ + SO2’ = 100 V’ CO2+SO2
VS’
dalam persamaan tsb, dengan menggantikan VS’,
kita dapatkan:
V 'CO2  SO2
VCO2  SO2
CO2 ' SO2 '  100
 100
e
e
VS 
Va
VS 
Va
100
100
Persamaan dimana kita dapat menghitung
(e) atau untuk bahan bakar dengan komposisi
yang diberikan, nilai-nilai Va dan Vs relatif pada
pembakaran secara teoritis yang mana dapat
ditentukan dengan perhitungan, persamaan tsb
menterjemahkan suatu hubungan hiperbola
antara kelebihan udara (e) dan kadar (CO2’+SO2’)
yang didapatkan dengan analisa gas buang.
-
Penggunaan diagram:
Bila 4 besaran yang membawa pertimbangan
dalam susunan dari gas buang diketahui:
- Kadar (CO2+SO2)
- Kadar (O2)
- Kadar (CO)
- Kelebihan udara (e)
Dua ditetapkan (sebagai contoh CO2’+SO2’ dan
O2’) dan bahwa komposisi dari bahan bakar
diketahui, dua besaran lain dapat ditentukan
secara pasti (tanpa keraguan).
Pada pernyataan ini dibangun diagram-diagram
pembakaran
Diagram Pembakaran
Ada beberapa diagram pembakaran. Kita
akan membatasi dengan 2 diagram pembakaran
yang telah dikenal yaitu diagram Ostwald dan
diagram dari Bunte
-
-
Diagram Ostwald
Deskripsi:
Sebelum mendefinisikan aturan-aturan
pembuatan diagram Ostwald kita akan menguji
prinsip-prinsip dimana diagram ini diajukan.
Dalam paragraf sebelumnya, kita telah
menetapkan formula-formula yang
memungkinkan, dalam hal pembakaran
secara teoritis untuk menentukan volume udara
Va dan volume gas buang kering Vs yang
bersesuaian dengan pembakaran 1 kg atau 1
Nm3 bahan bakar padat, cair dan gas.
Sekarang kita mempelajari, dengan cara
analog, suatu pembakaran riel dicirikan oleh
kelebihan udara e dan untuk menentukan
satu-satuan jumlah bahan bakar dan fungsi
dengan e:
- Volume Va’ efektif udara diperlukan pada
pembakaran
- Volume Vs’ efektif gas buang yang dihasilkan
Komposisi bahan bakar yang mana
diketahui nilai-nilai Va dan Vs dari pembakaran
secara teoritis akan terdefinisi.
Sebelumnya kita mempertimbangkan suatu
bahan bakar padat atau cair yang mana
komposisi diberikan dalam massa volume udara
yang kita perlukan untuk membakar 1 kg
bahan bakar adalah:
Va’= λ Va= (1 + e )Va
100
Kita menetapkan bersesuaian dengan
hasil percobaan yang disebutkan sebelumnya,
bahwa hidrogen, hidrokarburan dan sulfur
terbakar keseluruhannya, tetapi sebaliknya
hanya sebagian saja dari karbon terbakar
menjadi CO. Gas buang kering membawa suatu
campuran CO, CO2, SO2, O2 dan N2.
Pembakaran lengkap dari karbon terjadi
bersesuaian dengan persamaan
C + O2
CO2
dan pembakaran tidak lengkap mengikuti
persamaan
C + ½ O2
CO
Pengujian dari dua persamaan ini membawa
pada kesimpulan-kesimpulan berikut:
1.
Pembakaran dari suatu massa karbon
yang sama apakah tidak lengkap dalam
bentuk CO atau pembakaran lengkap
dalam bentuk CO2 menghasilkan volume
yang sama dari gas buang yang dihasilkan
maka volume total (CO+CO2) yang ada
dalam gas buang akan selalu sama
dengan volume CO2 pada pembakaran
secara teoritis.
2.Persamaan kedua menunjukkan bahwa
fraksi karbon yang telah terbakar tidak
lengkap, tidak hanya menggunakan separuh
dari oksigen yang diperlukan, artinya hanya
½ volume oksigen untuk membentuk 1
volume CO. Volume oksigen yang tidak
tergabung adalah sama dengan ½ volume,
dengan kata lain ½ dari volume CO yang
dibentuk.
Va,Vs,Va’,Vs’ yang mana mempunyai nilai yang
diketahui
VO2’
: volume oksigen
V’CO2+SO2 : volume total dari CO2+SO2
V’CO
: volume CO
Dalam gas buang kering dari pembakaran 1
kg bahan bakar. Kadar dalam volume dalam
gas buang maka masing-masing adalah:
O’ = VO2’
VS’
CO2’+SO2’=V’CO2+SO2
VS’
CO’=V’CO
VS’
Expresi dari V’CO2+SO2
Volume VCO2+SO2 dalam gas buang dari
pembakaran teoritis adalah:
C S 
3

22
.
414
Nm
/ kg


 12 32 
yang mana bersesuaian dengan suatu
kandungan dalam desimal:
K
VCO2  SO2
VS
C S 
   22.414
12 32 
x 100  
x100%
VS
Volume dari CO2+SO2 dalam gas buang kering
dari pembakaran riel adalah sama dengan
volume VSO2+CO2 dalam pembakaran secara
teoritis, atau K Vs/100, dikurangi dengan
volume CO yang bersesuaian dengan fraksi
karbon yang tidak terbakar secara lengkap .
Jadi kita mempunyai:
V’CO2+SO2 = K Vs - V’CO
100
Expresi dari V’O2
Oksigen yang terdapat dalam gas buang
berasal:
- sebagian dari pembakaran udara. Kita
menyediakan volume udara Va’ = λVa
jadi suatu kelebihan udara:
Va’ – Va = (λ-1) Va= e Va
100
Yang sama dengan
e
Va
100 x 4.76
-
oksigen untuk setiap Nm3
gas buang.
Sebagian lagi dari oksigen yang tidak
digunakan karena pembakaran yang tidak
lengkap dari karbon dalam CO; volume
oksigen adalah sama V’CO, seperti yang telah
2
kita ketahui pada paragraf sebelumnya.
Volume total oksigen dalam gas buang dari
pembakaran riel maka adalah:
e
V 'CO
21e
VCO '
V ' O2 
xVa 

Va 
100 x 4.76
2
100 x100
2
Ekspresi dari Vs’
Volume total dari gas buang Vs’ adalah jumlah:
- Volume Vs dari gas buang pembakaran secara
teoritis
- Volume oksigen yang tidak tergabung V’CO
2
- Volume kelebihan udara
e
100 Va
Jadi kita mempunyai:
VCO '
e
VS '  VS 

Va
2
100
Jika kita mengajukan:
O'  x
CO2 '  SO2 '  y
CO '  Z
Kandungan masing-masing dalam desimal dari
O2, CO2+SO2 dan CO dalam gas buang dari
pembakaran nyata mempunyai persamaanpersamaan:
21e
V ' CO
Va 
2
x  100 100X 100
VCO ' e
VS 

Va
2
100
V
K S  Vco'
100
y  100
VCO ' e
VS 

Va
2 100
VCO '
z  100
VCO ' e
VS 

Va
2 100
(1)
( 2)
(3)
Untuk suatu bahan bakar dengan komposisi yang
diketahui, Va dan Vs mempunyai nilai yang mana
kita bisa menghitungnya. Ekspresi-ekspresi x, y, z
jadi hanya bergantung pada parameter V’CO dan
e.
Dengan menghasilkan V’CO antara pers (x) dan
(y), kita mendapatkan suatu ekspresi dalam
bentuk:
y = f (e) – g (e) x
Dalam suatu penyajian pada koordinat kartesien
x, y, yang mana adalah persamaan dari suatu
kelompok (∆) garis V yang mana masing-masing
berhubungan pada suatu nilai dari parameter e.
Garis ini membentuk keluarga e = Cte dan
membentuk sumber utama dari diagram (garisgaris kelebihan udara atau garis kekurangan
udara)
Sekarang kita menghilangkan terminologi
VCO’ dan e diantara 3 persamaan di atas; kita
mendapatkan suatu hubungan dalam bentuk:
y    z  x
Dimana α, β dan γ merupakan konstanta
Hubungan ini diubah dalam bentuk
y z 
    1  0
 b e 
x
Menyajikan untuk setiap nilai-nilai dari suatu
garis dalam koordinat x – y
Garis-garis (D) dari keluarga ini Z = Cte yang
mana mempunyai suatu gradien yang seragam
–b/a, jadi adalah saling paralel diantara mereka
dan membentuk sumber kedua dari diagram
(garis-garis dengan kadar CO sama)
Diantara garis-garis dari dua keluarga ini, satu
dalam setiap keluarga (kelompok) menyajikan
kepentingan khusus, garis fundamental adalah
(∆o) e = 0, yang mana berhubungan dengan
pembakaran secara teoritis, dan garis
fundamental (Do)z = 0, yang mana berhubungan
pada pembakaran lengkap, artinya tanpa adanya
CO.
Kita menunjukkan dengan mudah bahwa
1.
Garis-garis (∆o) dan (Do) berpotongan pada
titiok A pada sumbu ordinat, yang
mempunyai suatu nilai ordinat:
yA 
VCO2  SO 2
VS
x100  K
artinya kandungan CO2+SO2 dalam gas
buang pembakaran secara teoritis.
2. Garis-garis (∆) semua melewati untuk suatu
titik koordinat yang sama
 x1  100

 y1  200
Yang mana adalah sama, untuk semua bahan
bakar.
Namun demikian, titik ini yang mana terletak
sangat jauh dari daerah diagram yang berguna,
kita dapat menetapkan tanpa kesalahan yang
dapat dicatat bahwa dalam daerah yang berguna
ini garis-garis (∆) adalah paralel antara satu
dengan yang lainnya
Kita berpikir bahwa catatan-catatan yang
mendahului cukup untuk membuat mengerti
secara jelas dasar-dasar dimana berpijaknya
diagram Ostwald.
Diagram Ostwald maka disusun dengan
cara sbb:
yang mana telah membuat pilihan dari suatu
sistem sumbu-sumbu koordinat rectangular,
dimana pada absis dimuat kandungan oksigen
(dalam persen) (O’) dan dalam ordinat dimuat
kandungan CO2+SO2 dalam persen dari gas
buang, kita mensuperposisi di sana dua buah
keluarga garis yang berpotongan:
-
-
Garis-garis (∆) dengan kelebihan/kekurangan
udara yang sama (e = konstan), dengan garis
fundamental yang khusus (∆o) dari pembakaran
secara teoritis (e = 0)
Garis-garis (D) dengan kadar CO yang sama (z
= konstan), dengan garis fundamental yang
khusus (Do) dari pembakaran sempurna yang
sifatnya beroksigen (z=0)
Suatu diagram yang dibuat untuk suatu bahan
bakar yang ditentukan, menunjukkan totalitas
mode-mode pembakran yang mungkin untuk
bahan bakar tersebut.
-
Konstruksi dari diagram Ostwald
Komposisi
dari
bahan
bakar
yang
dipertimbangkan yang mana diketahui, kita
akan mengoperasikan dengan cara sbb:
1.
Kita akan memulai untuk menentukan nilainilai VCO2+SO2, Va dan Vs dari pembakaran
secara teoritis.
2.
3.
Kandungan maksimal dari oksigen dalam gas
buang 21% didapatkan untuk kelebihan udara
yang tak terhingga.
Kandungan ini ditunjukkan pada diagram oleh
titik B (21)
Kita menentukan pada sumbu ordinat titik A
yA 
VCO2  SO 2
VS
x100  K
Jika kita menghubungkan dengan suatu garis
pada titik-titik A dan B, semua titik-titik dari
Garis ini menunjukkan pembakaran sempurna/
lengkap, artinya terjadi dengan kandungan CO
= 0 % dalam gas buang. Jadi AB adalah garis
fundamental (Do) dari pembakaran sempurna
yang bersifat oksigen (tanpa CO). Untuk
semua titik-titik dari garis tersebut, kita
mempunyai Z = 0
4. Titik C dimana garis (∆0) memotong absis
berhubungan dengan y = 0 dan pada e = 0,
persamaan (2) sebelumnya maka
memberikan :
VS
K
 VCO '  0
100
dimana:
VS
VCO '  K
100
Kita akan mendapatkan kandungan oksigen yang
bersesuaian, artinya absis dari titik C, yang
membawa nilai VCO’ ini dalam persamaan (1),
yang memberikan dengan perhitungan e = 0
VCO '
100VCO '
100K
2
XC 
x 100 

VCO '
2VS  V 'CO 200 K
VS 
2
Garis CA adalah garis (∆0)
Garis fundamental (D0) dan (∆0) digambar
sekali lagi, garis-garis D (Z= konstan) semuanya
adalah paralel dengan (D0) dan garis-garis (∆) (e
= konstan) semuanya paralel dengan ∆0
Garis-garis (D0) dan (∆0), dengan sumbu-sumbu
koordinat, membagi bidang dalam 2 zone
triangular: zone ACB yang mana semua titik-titik
bersesuaian dengan suatu pembakaran kelebihan
udara, dan zone ACO yang bersesuaian pada
suatu pembakaran dengan kekurangan udara.
5. Untuk menggambarkan kesimpulan garis-garis
D (Z = konstan) kita akan mengamati bahwa,
pada waktu kita membuat e = 0 dalam
hubungan-hubungan (persamaan-persamaan)
1 dan 3, kita dapatkan z = 2x, yang
menunjukan bahwa garis AC (e = 0)
menunjukkan atau mewakili suatu pembakaran
dalam gas buang dimana kandungan CO adalah
2 x kandungan oksigen.
Dimana cara untuk mengkonstruksi, dengan
sangat mudah, kumpulan dari garis (D). Kita
memproyeksikan penurunan absis pada garis AC
secara paralel pada sumbu ordinat, yang mana
mendapatkan AC pada penurunan baru yang
mana setiap titik mendapatkan nomer double dari
nomer yang bersesuaian pada penurunan awal.
Garis-garis paralel pada D0 dibuat oleh titik-titik
penurunan AC membentuk sekumpulan garisgaris (D)
6. Untuk menggambarkan garis (∆) e = konstan,
yang mana persamaan umum adalah y = f(e) g(e) x, karena garis-garis tersebut semuanya
paralel pada ∆0 , cukup untuk menentukan
titik-titik potongnya dengan satu atau yang lain
dari sumbu-sumbu koordinat. Titik-titik sumbu
ordinat akan bersesuaian dengan nilai ye= f(e),
titik-titik sumbu absis pada nilai:
f (e)
Xe 
g (e)
Kita mengajukan untuk menentukan titiktitik sumbu absis.
Dengan mengoperasikan secara efektif
penghilangan V’CO antara persamaan (1) dan
(2) kita akan dapat memperoleh ekspresi
secara aljabar dari f(e) dan g(e) dan dengan
memberikan e dalam ekspresi-ekspresi ini suatu
seri nilai, mendapatkan darinya persamaanpersamaan garis dari kumpulan ∆.
Proses ini membawa pada suatu perhitungan
yang cukup panjang yang dapat dihindari dengan
alasan-alasan sbb:
Titik-titik yang dicari, perpotongan garisgaris (∆) dengan sumbu absis, bersesuaian
dengan y = 0, yang mana memberikan
VS
VCO '  K
100
Dengan menggantikan nilai ini pada persamaan
(1), kita dapatkan:
VCO '
21eVa  100
100K VS  42eVa
2
Xe 

VCO '
100VS  100
 eVa (200  K )VS  2eVa
2
2
K, Va, Vs yang mana diketahui menurut komposisi
bahan bakar, kita akan mendapatkan titik-titik
yang dicari dengan memberikan suatu seri nilai e
yang dipilih secara tepat.
Nilai-nilai e negatif (kekurangan udara) akan
menghasilkan garis-garis (∆) di kiri dari (∆0),
nilai e positif (kelebihan udara) akan
menghasilkan garis-garis (∆) di kanan (∆0)
Penerapan:
Kita mengaplikasikan hasil-hasil sebelumnya
pada konstruksi diagram Ostwald dari suatu
bahan bakar cair yang mempunyai komposisi
dalam massa
C=0.854
H = 0.126
O=0.004
S= 0.016
Kita secara suksesi akan mempunyai:
1. VCO  C x 22.414  0.854 x 22.414  1.595 Nm3 / kg
2
12
12
S
0.016
VSO 2 
x 22.414 
x 22.414  0.011 Nm3 / kg
32
32
dimana
VCO2+SO2 = 1.606 Nm3/kg
Va = 10.992
Vs = 10.290
2. Ordinat titik A
VCO2  SO2
1.606
y A  100
 100
 15.60% K
VS
10.290
dimana garis fundamental AB (D0) yang
menghubungkan titik A-B (XB = 21%)
3. Absis dari titik C
100K
100YA
XC 

 7.23%
200  K 200  y A
dimana garis fundamental AC (∆0)
4. Penentuan garis-garis (∆)
100KVS  42eVa
100 x 15.6 x 10.29  42 x 10.992e
X 

(200 K )VS  2eVa (200 15.60)10.290 2 x 10.992e
16052.4  461.75e

2218 22e
Dengan memberikan suatu seri nilai e sembarang antara
-30 dan 100 % kita dapatkan untuk nilai-nilai Xc dalam
tabel berikut:
Nilai e (%)
Nilai Xe (%)
Nilai e(%)
Nilai Xe (%)
-30
1.41
80
13.32
-20
3.83
100
14.08
-10
5.72
150
15.46
0
7.23
200
16.38
10
8.47
300
17.53
20
9.51
400
18.22
40
11.14
600
19.01
60
12.36
800
19.44
1000
19.72
CO2+SO2